[發(fā)明專利]DLN雙燃料主噴嘴

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910113672.2
• 申請(qǐng)日: 2009-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101769531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左柏芳;W·S·齊明斯基;G·O·克雷默;A·R·汗;C·X·斯蒂芬森;C·吳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F23D14/48
• 分類號(hào): F23D14/48;F23D14/58
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;楊松齡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致涉及用于DLN燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的主噴嘴(primary?nozzle)，且更具體地涉及主噴嘴以天然氣和合成氣操作的雙氣體燃料性能。

背景技術(shù)

多年來(lái)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力設(shè)備低排放的規(guī)章性要求變得越來(lái)越嚴(yán)格?，F(xiàn)在，全世界的環(huán)境機(jī)構(gòu)甚至還要求新型燃?xì)廨啓C(jī)和現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)的NOx和其它污染物的更低的排放率。減少燃燒渦輪的NOx排放的傳統(tǒng)方法(水和蒸汽噴射)在達(dá)到許多地區(qū)所要求的極低水平的能力上受到了限制。

通用電氣公司的干式低NOx(Dry?Low?NOx，DLN)系統(tǒng)結(jié)合分級(jí)的預(yù)先混合燃燒過(guò)程和燃?xì)廨啓C(jī)的SPEEDTRONIC^TM來(lái)控制燃料和關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可包括兩種主要的性能評(píng)價(jià)方式。第一種評(píng)價(jià)為滿足氣體和油燃料兩者的基底負(fù)載下所要求的排放水平，同時(shí)控制跨越燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載范圍的這些水平的變化。第二種評(píng)價(jià)為系統(tǒng)的操作性。DLN燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要求硬件特征和操作方法同時(shí)地允許在火焰區(qū)中的當(dāng)量比和停留時(shí)間(排放控制的關(guān)鍵燃燒參數(shù))足夠低，以實(shí)現(xiàn)低NOx排放，但可帶有可接受的燃燒噪聲(動(dòng)力學(xué))水平、在部分負(fù)載操作時(shí)的穩(wěn)定性和用于CO燃盡的充足時(shí)間。

通用電氣公司的DLN-1燃燒器為設(shè)計(jì)成使用天然氣燃料并能夠以液體燃料進(jìn)行操作的兩級(jí)預(yù)先混合燃燒器。燃燒器提供有包括副燃料噴嘴的燃料噴射系統(tǒng)，副燃料噴嘴定位在燃燒器的中心軸線上，中心軸線由多個(gè)主燃料噴嘴環(huán)繞，主燃料噴嘴繞副燃料噴嘴對(duì)稱地配置。DLN-1燃燒器在利用貧預(yù)先混合概念維持高效率水平的同時(shí)，維持非常低的廢氣排放水平。在貧預(yù)先混合燃燒過(guò)程中，分別從相對(duì)于預(yù)先混合區(qū)具有不同動(dòng)態(tài)特性的供應(yīng)源輸送燃料和空氣。這種貧預(yù)先混合燃燒過(guò)程經(jīng)受著可能增大的微弱的限制波動(dòng)周期，導(dǎo)致氣體壓力和溫度的大的波動(dòng)，這在燃燒動(dòng)力學(xué)中是公知的。過(guò)度燃燒動(dòng)態(tài)壓力可能導(dǎo)致燃燒器的損壞。通過(guò)使燃料和空氣供應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和預(yù)先混合器匹配，可以降低貧預(yù)先混合燃燒系統(tǒng)的燃燒動(dòng)態(tài)壓力水平。通過(guò)基本上平衡空氣和燃料入口至預(yù)先混合器區(qū)的壓力降，DLN-1燃燒器主噴嘴減少燃燒器預(yù)先混合器區(qū)中的動(dòng)態(tài)壓力波動(dòng)。部分地通過(guò)在從燃料室到預(yù)先混合器的排放孔上游包括在主噴嘴的燃料室中的孔而實(shí)施均衡。上游孔提供燃料室中的與空氣入口的壓力相當(dāng)?shù)娜剂蠅毫?，且排放孔提供與空氣供應(yīng)壓力降相等的燃料壓力降?；旧辖档突蛘呦擞扇剂?空氣濃度波動(dòng)導(dǎo)致的預(yù)先混合器區(qū)中的壓力波動(dòng)，如布萊克所描述的那樣(US?5,211,004)。

DLN-1燃燒器受到廣泛應(yīng)用。然而，這些燃燒器主要設(shè)計(jì)成用于天然氣燃燒。鑒于可選的氣體燃料的可利用性和天然氣燃料成本的增加，新顧客要求燃燒器具有更大的燃料靈活性。更具體地說(shuō)，顧客希望燃燒器能夠以混合合成氣運(yùn)行，且還能夠單獨(dú)以天然氣運(yùn)行(靈活的雙燃料)。合成氣(合成氣體的簡(jiǎn)稱)是指氫氣和一氧化碳(有時(shí)還含有二氧化碳)的混合物。混合的合成氣可為天然氣/氫氣/一氧化碳的混合物。合成氣是可燃燒的，并經(jīng)常作為燃料源使用，但是體積能量密度比天然氣的一半還少。由于合成氣的體積流率必須是天然氣的體積流率值的兩倍以上才能得到相同的燃燒火焰溫度，所以若還將現(xiàn)在用于天然氣燃料的相同主噴嘴用于合成氣的操作，則合成氣燃料壓力比率將非常高(超過(guò)1.7)。這種高燃料壓力比率可能要求增加用于燃料供應(yīng)的壓縮機(jī)。

之前的雙燃料噴嘴設(shè)計(jì)致力于氣態(tài)和液態(tài)的雙燃料應(yīng)用，而不是具有大范圍變化的沃泊值的雙氣態(tài)燃料。這里，用每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的英熱單位(British?thermal?unit，Btu)的氣體的高熱值除以其相對(duì)于空氣的比重的平方根來(lái)定義燃料的沃泊值。氣體的沃泊值越高，氣體量的熱值越大。包括Martling的US?6837052在內(nèi)的其它雙燃料專利采用增加附加噴嘴的方式，其需要重新構(gòu)造燃燒器的幾何形狀。

因此，需要提供具有以雙燃料進(jìn)行操作的性能的DLN-1燃燒器，其中雙燃料包括帶有迥然不同的沃泊值的雙氣態(tài)燃料。而且還需要提供這種雙燃料性能而對(duì)整個(gè)燃燒器結(jié)構(gòu)不進(jìn)行較大改動(dòng)。而且，噴嘴設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)不會(huì)負(fù)面影響天然氣的操作性，并應(yīng)當(dāng)確保合成氣燃燒在流動(dòng)、混合、動(dòng)力學(xué)和排放模式方面提供與天然氣燃燒相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

發(fā)明內(nèi)容